遗传算法在金属体积成形微观组织模拟与优化中的应用

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1、山东大学硕士学位论文遗传算法在金属体积成形微观组织模拟与优化中的应用摘要锻造生产广泛应用于机械、冶金、造船、航天、航空、兵器以及其他许多工业生产部门，在国民经济中占有极为重要的地位。随着全球经济竞争的日趋激烈，低成本、高质量和高效率成为制造性企业在竞争中取胜的关键因素和追求的目标。为此，要求在锻造工艺设计中必须要兼顾成本、质量和效率等，对锻造过程中涉及到的有关工艺参数进行优化设计。众所周知，锻件内部微观组织结构及其分布将直接影响着锻件的机械性能，因此，对锻件内部微观组织演变的控制和优化是锻造工艺优化设计中的重要内容，也是提高产品质量

2、的重要途径。随着计算机软硬件技术的发展及金属塑性流动理论的成熟，使得金属塑性成形过程的计算机数值模拟得以实现。以有限元法为代表的数值模拟方法已广泛应用于各种金属成形问题的分析求解中。本文在对国内外锻造过程优化设计研究现状进行了全面的综合与回顾的基础上，采用有限元方法和遗传算法研究并实现了金璃塑性成形过程中微观组织的模拟与优化，采用FORTRAN语言编写了金属体积成形微观组织模拟与优化软件，并对典型的热镦粗成形工艺过程进行了微观组织的模拟与优化。本文首先对刚粘塑性有限元的理论基础进行了阐述，给出了刚粘塑性材料的基本假设及塑性力学基本方

3、程，介绍了刚粘塑性有限元变分的基本原理及求解过程。介绍了最优化设计的主要内容和一般原则。通过研究金属塑性成形过程中微观组织演变模型，确定了金属再结晶晶粒度的大小与锻件中温度、应变等场变量分布之阳'

4、的关系，给出了完整的数学表达式，从而为体积成形微观组织模拟与优化提供了数学理论基础。对金属塑性成形微观组织优化中的设计变量进行了分析，给出了以变形结束后微观组织的细小性和微观组织分布的均匀性为目标的目标函数，采用遗传算法对金属塑性成形微观组织演变过程进行了模拟山东大学硕士学位论文与优化。利用FORTRAN语言，开发了金属体积成形微观组织模

5、拟与优化软件。该软件系统}=l=

6、初始化模块，参数修改模块，有限元模拟模块，适应值模块和评价模块五大部分组成。该软件既可独立运行实现等温过程的微观组织模拟与优化，也可方便地与通用金属体积成形有限元模拟软件连接实现非等温过程微观组织的模拟与优化。该软件可用于锻造过程中的摩擦系数，模具速度，模具的初始预热温度等工艺参数以及热力学状态参数等方面的优化设计，为实际锻造生产过程的工艺设计提供了科学指导。利用本文所开发的金属体积成形微观组织模拟与优化软件，对圆柱体热镦粗过程进行了模拟与优化，通过对各项工艺参数以及状态参数等多方面的优化，实现了终

7、锻件内部的晶粒尺寸分布的均匀性和晶粒细化程度的明显改善，并分析给出了各种工艺因素对热镦粗成形工艺微观组织的影响及相对较好的工艺参数和状态条件。关键词：有限元法，体积成形，遗传算法，微观组织模拟，微观组织优化山东大学硕士学位论文ApplicationofGeneticArithmeticinSimulationandOptimizationoftheMicrostructureinMetalBulkFormingProcessABSTRACTWidelyusedinmechanicalindustry,metallurgy,shipb

8、uilding，weaponsandsoon，metalforginghasaveryimportantpositioninnationaleconomy．Sincetheglobalcompetitionbecomesmoreandmoreintense，lowcost，highqualityandefficiencybecomethecrucialfactorsforthemanufacturingfactorytowininthecompetition．’Fherefore，thevariousprocessparameter

9、sinvolvedinthemetalforgingandthecost，qualityandefficiencyshouldbeconsideredintotheprocessdesign．Asweallknow,thedistributionofthemicrostructureintheforgingprocesshasadirectinfluenceonthemechanicalpropertyofthefinalparts．So，itisimportanttocontrolandoptimizethemicrostruct

10、uredistributiontoimprovethequalityoftheforgingprocess．Withthedevelopmentofthecomputertechnologyandthereliabilityofmet